Os engenheiros da UCLA Samueli desenvolveram uma nova ferramenta para modelar como os materiais magnéticos, que são usados ​​em smartphones e outros dispositivos de comunicação, interagir com os sinais de rádio de entrada que transportam dados. Ele prevê com precisão essas interações em escalas nanométricas necessárias para construir tecnologias de comunicação de ponta.

A ferramenta permite que os engenheiros projetem novas classes de componentes baseados em radiofrequência que são capazes de transportar grandes quantidades de dados mais rapidamente, e com menos interferência de ruído. Casos de uso futuros incluem smartphones para dispositivos de monitoramento de saúde implantáveis.

Os materiais magnéticos podem se atrair ou repelir com base em sua orientação polar - extremidades positivas e negativas se atraem, enquanto dois positivos ou dois negativos se repelem. Quando um sinal eletromagnético como uma onda de rádio passa por tais materiais, um material magnético atua como um porteiro, permitindo a entrada dos sinais desejados, mas mantendo os outros de fora. Eles também podem amplificar o sinal, ou diminuir a velocidade e força do sinal.

Os engenheiros usaram esses efeitos semelhantes aos do gatekeeper, chamadas de "interações onda-material, "para fazer dispositivos usados ​​em tecnologias de comunicação por décadas. Por exemplo, estes incluem circuladores que enviam sinais em direções específicas ou limitadores seletivos de frequência que reduzem o ruído suprimindo a força de sinais indesejados.

As ferramentas de design atuais não são abrangentes e precisas o suficiente para capturar a imagem completa do magnetismo em sistemas dinâmicos, como dispositivos implantáveis. As ferramentas também têm limites no design de eletrônicos de consumo.

"Nossa nova ferramenta computacional aborda esses problemas, dando aos designers de eletrônicos um caminho claro para descobrir como os materiais potenciais seriam mais bem usados ​​em dispositivos de comunicação, "disse Yuanxun" Ethan "Wang, um professor de engenharia elétrica e de computação que liderou a pesquisa. "Conecte as características da onda e do material magnético, e os usuários podem modelar facilmente efeitos em nanoescala com rapidez e precisão. Para nosso conhecimento, este conjunto de modelos é o primeiro a incorporar toda a física crítica necessária para prever o comportamento dinâmico. "

O estudo foi publicado na edição impressa de junho de 2018 da Transações IEEE em teoria e técnicas de microondas .

A ferramenta computacional é baseada em um método que resolve conjuntamente as equações de Maxwell bem conhecidas, que descrevem como a eletricidade e o magnetismo funcionam e a equação de Landau-Lifshitz-Gilbert, que descreve como a magnetização se move dentro de um objeto sólido.

O autor principal do estudo, Zhi Yao, é um pós-doutorado no laboratório de Wang. Os co-autores são Rustu Umut Tok, um pós-doutorado no laboratório de Wang, e Tatsuo Itoh, um distinto professor de engenharia elétrica e da computação na UCLA e a Cátedra Northrop Grumman em Engenharia Elétrica. Itoh também é co-conselheiro de Yao.

A equipe está trabalhando para melhorar a ferramenta para considerar vários tipos de materiais magnéticos e não magnéticos. Essas melhorias podem levá-lo a se tornar um "solucionador universal, "capaz de dar conta de qualquer tipo de onda eletromagnética interagindo com qualquer tipo de material.

O grupo de pesquisa de Wang recebeu recentemente uma doação de US $ 2,4 milhões da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa para expandir a capacidade de modelagem da ferramenta para incluir propriedades de materiais adicionais.